A cellulóz kémiai tulajdonságai. A cellulóz kémiai szerkezete Milyen fizikai testek állnak a cellulózból
A poliszacharidok csoportjából származó összetett szénhidrátot, amely a növények sejtfalának része, cellulóznak vagy rostnak nevezik. Az anyagot Anselm Payen francia kémikus fedezte fel 1838-ban. Cellulóz képlet - (C 6 H 10 O 5) n.
Szerkezet
A közös jellemzők ellenére a cellulóz különbözik egy másik növényi poliszacharidtól - a keményítőtől. A cellulózmolekula egy hosszú, rendkívül el nem ágazó szacharidlánc. A keményítőtől eltérően, amely α-glükóz-maradékokból áll, sok β-glükóz-maradékot tartalmaz egymáshoz kapcsolva.
A sűrű lineáris szerkezet miatt a molekulák rostokat alkotnak.
Rizs. 1. A cellulózmolekula szerkezete.
A cellulóz nagyobb polimerizációs fokú, mint a keményítő.
Nyugta
A cellulózt ipari körülmények között fából (forgács) főzik ki. Ehhez savas vagy lúgos reagenseket használnak. Például nátrium-hidroszulfit, nátrium-hidroxid, lúg.
A főzés eredményeként cellulóz képződik szerves vegyületek elegyével. A tisztításhoz használjon lúgos oldatot.
Fizikai tulajdonságok
A cellulóz íztelen fehér szilárd rostos anyag. A cellulóz vízben és szerves oldószerekben rosszul oldódik. Oldódik Schweitzer-reagensben - a réz(II)-hidroxid ammóniás oldatában.
Főbb fizikai tulajdonságok:
- 200°C-on összeesik;
- 275 °C-on ég;
- 420°C-on spontán meggyullad;
- 467 °C-on olvad.
A természetben a cellulóz a növényekben található. A fotoszintézis során képződik, és szerkezeti funkciót tölt be a növényekben. Ez egy E460 élelmiszer-adalékanyag.
Rizs. 2. Növényi sejtfal.
Kémiai tulajdonságok
Egy szacharidban három hidroxilcsoport jelenléte miatt a rostok többértékű alkoholok tulajdonságait mutatják, és észterképzési reakciókba léphetnek be. Ha lebomlik anélkül, hogy oxigénhez jutna, szénné, vízre és illékony szerves anyagokra bomlik.
A szál fő kémiai tulajdonságait a táblázat tartalmazza.
|
Reakció |
Leírás |
Az egyenlet |
|
Hidrolízis |
Savas környezetben hevítve glükóz képződésével fordul elő |
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O (t °, H 2 SO 4) → nC 6 H 12 O 6 |
|
Ecetsavanhidriddel |
Triacetilcellulóz képződése kénsav és ecetsav jelenlétében |
(C 6 H 10 O 5) n + 3nCH 3 COOH (H 2 SO 4) → (C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3 nH 2 O |
|
Nitrálás |
Reagál tömény salétromsavval normál hőmérsékleten. Észter keletkezik - cellulóz-trinitrát vagy piroxilin, amelyet füstmentes por előállítására használnak |
(C 6 H 10 O 5) n + nHNO 3 (H 2 SO 4) → n |
|
Teljes oxidáció szén-dioxiddá és vízzé |
(C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (t °) → 6nCO 2 + 5nH 2 O |
Rizs. 3. Piroxilin.
A cellulózt elsősorban papírgyártáshoz, valamint észterek, alkoholok, glükóz előállításához használják.
Mit tanultunk?
A cellulóz vagy rost a szénhidrátok osztályába tartozó polimer, amely β-glükóz maradékokból áll. A növényi sejtfalak része. Fehér, íztelen anyag, amely vízben és szerves oldószerekben rosszul oldódó rostokat képez. A cellulózt pépesítéssel izolálják a fából. A vegyület észterezési és hidrolízisi reakciókba lép, és levegő hiányában lebomlik. Ha teljesen lebomlik, vizet és szén-dioxidot képez.
Téma kvíz
Jelentés értékelése
Átlagos értékelés: 4.7. Összes beérkezett értékelés: 263.
A cellulóz (rost) egy növényi poliszacharid, amely a leggyakoribb szerves anyag a Földön. A cellulóz természetes polimer-poliszacharid. Ez az anyag fehér, íztelen és szagtalan, vízben oldhatatlan, rostos szerkezetű.
A cellulózt különféle félszintetikus szálak előállítására használják. Ezeket viszkózszálnak nevezik. A viszkózszál előállításához szükséges cellulózt általában fából nyerik.
A fa körülbelül 50% cellulózt és 30% lignint tartalmaz. A lignin szintén természetes polimer, de nem szénhidrát. A lignin monomer egységének vázszerkezete a következő:
A cellulóz előállításához puha fát, például fenyőt vagy fenyőt használnak. A lignint úgy távolítják el, hogy a faforgácsot feleslegben kén-dioxidot tartalmazó kalcium-hidroszulfit-oldatban hevítik. Ebben az oldatban a lignin feloldódik, majd a cellulózszálat szűréssel elválasztják. A terméket őrlésnek vetik alá fapép előállítására. A tiszta cellulózt úgy állítják elő, hogy a fapépet Schweitzer-reagenssel kezelik, amely réz(II)-hidroxid ammóniás oldata. Híg ásványi sav hozzáadása után tiszta cellulóz válik ki.
Fizikai tulajdonságok: fehér anyag, íztelen és szagtalan, vízben oldhatatlan, rostos szerkezetű. Oldódik réz(II)-hidroxid – Schweitzer-reagens – ammóniás oldatában.
Ez a biopolimer nagy mechanikai szilárdsággal rendelkezik, és a növények támasztóanyagaként működik, kialakítva a növényi sejtek falát. Nagy mennyiségű cellulóz található a faszövetekben (40-55%), a lenrostokban (60-85%) és a pamutban (95-98%). A növényi sejtmembrán fő alkotóeleme. Növényekben a fotoszintézis során keletkezik.
A fa 50%-ban cellulózból áll, a pamut és len, a kender pedig szinte tiszta cellulóz. A kitin (a cellulóz analógja) az ízeltlábúak és más gerinctelenek külső vázának, valamint a gombák és baktériumok sejtfalának fő összetevője.
Szerkezete: - glükózban lévő maradékokból áll
Fából készült.
Alkalmazás: a cellulózt papír, műszálak, fóliák, műanyagok, festékek és lakkok, füstmentes por, robbanóanyagok, szilárd rakéta-üzemanyag, hidrolitikus alkohol előállítására stb. gyártására használják. Acetát selyem gyártása - műszál, plexi, nem éghető film cellulóz-acetátból. Füstmentes por előállítása triacetilcellulózból (piroxilin). Kollódium (sűrű fólia gyógyászati célra) és celluloid (fóliák, játékok gyártása) kinyerése diacetilcellulózból. Cérna, kötelek, papír gyártása. Glükóz, etil-alkohol kinyerése (gumigyártáshoz)
A legfontosabb cellulózszármazékok:
metil-cellulóz (cellulóz-metil-éterek) (általános képlet).
n (x = 1, 2 vagy 3);
cellulóz-acetát (cellulóz-triacetát) - cellulóz és ecetsav észtere n
nitrocellulóz (cellulóz-nitrátok) - cellulóz-nitrát-észterek:
n (x = 1, 2 vagy 3).
Kémiai tulajdonságok
A (C6H10O5)n + nH2O t,H2SO4 > nC6H12O6 hidrolízise
A hidrolízis lépésekben megy végbe:
(C6H10O5)n > (C6H10O5)m > xC12H22O11 > n C6H12O6 (Megjegyzés, m keményítő dextrinek maltóz glükóz Észterezési reakciók: a cellulóz többértékű alkohol, a polimer cellánként három hidroxilcsoport van. Ebben a tekintetben a cellulózt észterezési reakciók (észterek képződése) jellemzik. A legnagyobb gyakorlati jelentőségűek a salétromsavval és ecetsavanhidriddel való reakciók. A cellulóz nem ad "ezüsttükör" reakciót. származékos kísérleti ipari Nitrálás: (C6H7O2(OH)3)n + 3nHNO3 H2SO4(tömény)> (C6H7O2(ONO2)3)n + 3nH2O robbanógyapot cellulóz cellulóz-trinitrát A teljesen észterezett rost piroxilin néven ismert, amely megfelelő feldolgozás után füstmentes porrá alakul. A nitrálási körülményektől függően cellulóz-dinitrát nyerhető, amelyet a technikában kolloxilinnek neveznek. Használják lőpor és szilárd hajtóanyagok gyártásához is. Ezenkívül a celluloid kolloxilin alapján készül. Kölcsönhatás ecetsavval: (C6H7O2(OH)3)n + 3nCH3COOH H2SO4(tömény)> (C6H7O2(OCOCH3)3)n + 3nH2O Amikor a cellulóz ecetsavanhidriddel ecetsav és kénsav jelenlétében reagál, triacetilcellulóz képződik. Triacetil-cellulóz A triacetil-cellulóz (vagy cellulóz-acetát) értékes termék a nem éghető film és acetátselyem gyártásához. Az oldószer elpárolog, és az oldatáramok a legvékonyabb acetátselyemszálakká alakulnak. A celluloidot, amelyet korábban fotó- és filmfilmek készítésére használtak, úgy nyerik, hogy a cellulózt híg salétromsavval kezelik, és a kapott terméket kámforral keverik össze. A celluloid rendkívül gyúlékony, mert nagyon hevesen ég. Ez súlyos tüzeket okozott a moziban és a kórházi radiológiai szobákban. Jelenleg a celluloidot a cellulóz-acetát váltotta fel a fényképészeti és filmgyártásban. A cellulóz (rost) egy növényi poliszacharid, amely a leggyakoribb szerves anyag a Földön. 1. Fizikai tulajdonságok
Ez az anyag fehér, íztelen és szagtalan, vízben oldhatatlan, rostos szerkezetű. Oldódik réz(II)-hidroxid – Schweitzer-reagens – ammóniás oldatában. Videókísérlet "Cellulóz feloldása réz(II)-hidroxid ammóniaoldatban"
2. A természetben lenni
Ez a biopolimer nagy mechanikai szilárdsággal rendelkezik, és a növények támasztóanyagaként működik, kialakítva a növényi sejtek falát. Nagy mennyiségű cellulóz található a faszövetekben (40-55%), a lenrostokban (60-85%) és a pamutban (95-98%). A növényi sejtmembrán fő alkotóeleme. Növényekben a fotoszintézis során keletkezik. A fa 50%-ban cellulózból áll, a pamut és len, a kender pedig szinte tiszta cellulóz. A kitin (a cellulóz analógja) az ízeltlábúak és más gerinctelenek külső vázának, valamint a gombák és baktériumok sejtfalának fő összetevője. 3. Szerkezet
β-glükóz maradékokból áll 4. Átvétel
Fából készült 5. Alkalmazás
A cellulózt papír, műszálak, fóliák, műanyagok, festékek és lakkok, füstmentes por, robbanóanyagok, szilárd rakéta-üzemanyag, hidrolitikus alkohol előállítására stb. · Acetát selyem kinyerése - műszál, plexi, nem éghető film cellulóz-acetátból. Füstmentes por előállítása triacetilcellulózból (piroxilin). · Kollódium (sűrű fólia gyógyszerhez) és celluloid (fóliák, játékok gyártása) kinyerése diacetilcellulózból. · Cérna, kötél, papír gyártása. Glükóz, etil-alkohol kinyerése (gumigyártáshoz) A legfontosabb cellulózszármazékok: N( x= 1, 2 vagy 3); - cellulóz-acetát(cellulóz-triacetát) - a cellulóz és az ecetsav észtere - nitrocellulóz(cellulóz-nitrátok) - cellulóz-nitrát-észterek: N( x= 1, 2 vagy 3). 6. Kémiai tulajdonságok
Hidrolízis
(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O t,H2SO4→ nC 6 H 12 O 6
szőlőcukor
A hidrolízis lépésekben megy végbe: (C 6 H 10 O 5) n → (C 6 H 10 O 5) m → xC 12 H 22 O 11 → n C 6 H 12 O 6 (
jegyzet, m keményítő dextrin-maltóz-glükóz
Videós élmény "Cellulóz savas hidrolízise"
Észterezési reakciók
A cellulóz többértékű alkohol, a polimer cellánként három hidroxilcsoport van. Ebben a tekintetben a cellulózt észterezési reakciók (észterek képződése) jellemzik. A legnagyobb gyakorlati jelentőségűek a salétromsavval és ecetsavanhidriddel való reakciók. A cellulóz nem ad "ezüsttükör" reakciót. 1. Nitrálás:
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3 nHNO 3 H 2
ÍGY4(konc.)→(C 6 H 7 O 2 (ONO 2 ) 3) n + 3 nH 2 O robbanógyapot
Videó élmény "A nitrocellulóz kinyerése és tulajdonságai"
A teljesen észterezett rost piroxilin néven ismert, amely megfelelő feldolgozás után füstmentes porrá alakul. A nitrálási körülményektől függően cellulóz-dinitrát nyerhető, amelyet a technikában kolloxilinnek neveznek. Használják lőpor és szilárd hajtóanyagok gyártásához is. Ezenkívül a celluloid kolloxilin alapján készül.
2. Kölcsönhatás ecetsavval:
(C 6 H 7 O 2 (OH) 3) n + 3nCH 3 COOH H2SO4(
konc .)→
(C 6 H 7 O 2 (OCOCH 3) 3) n + 3nH 2 O Amikor a cellulóz ecetsavanhidriddel ecetsav és kénsav jelenlétében reagál, triacetilcellulóz képződik. triacetilcellulóz (vagy cellulóz-acetát) értékes termék az éghetetlen fólia ésacetát selyem. Ehhez a cellulóz-acetátot feloldják diklór-metán és etanol keverékében, és ezt az oldatot fonócsöveken keresztül meleg levegőáramba nyomják. És maga a szerszám sematikusan így néz ki:
1 - fonó oldat, Az oldószer elpárolog, és az oldatáramok a legvékonyabb acetátselyemszálakká alakulnak. A cellulóz használatáról nem mondhatjuk, hogy nagy mennyiségű cellulózt használnak fel különféle papírok gyártásához. Papír- Ez egy vékony réteg rostszál, speciális papírgépen ragasztva és préselve. Amely egy glükózmolekula maradványaiból áll, és minden növényi sejt héjának kialakításához szükséges elem. A molekulák rendelkeznek vele, és három hidroxilcsoportot tartalmaznak. Ennek köszönhetően tulajdonságokat mutat fel. A cellulóz fehér szilárd anyag, amely lebomlás nélkül elérheti a 200 °C hőmérsékletet. De amikor a hőmérséklet 275 ° C-ra emelkedik, meggyullad, ami azt jelzi, hogy éghető anyagokhoz tartozik. Ha mikroszkóp alatt nézzük a cellulózt, láthatjuk, hogy szerkezetét legfeljebb 20 mm hosszú rostok alkotják. A cellulózszálakat sok hidrogénkötés köti össze, de nincs elágazásuk. Ez adja a cellulóznak a legnagyobb szilárdságot és rugalmasságát. A cellulózt alkotó glükózmolekulák maradványai a. A hidrolízis során a kénsav és a jód a cellulóz kékre, a jód pedig barnára fest. A cellulózzal számos reakció megy végbe, amelyek során új molekulák képződnek. A cellulóz salétromsavval reagálva nitrocellulózt képez. És az ecetsavval végzett folyamat során cellulóz-triacetát képződik. A cellulóz nem oldódik vízben. Leghatékonyabb oldószere az ionos folyadék. A fa 50%-ban cellulózból áll. A faforgácsot reagens oldatban hosszan tartó főzésével, majd a kapott oldat tisztításával tiszta formában kaphatja meg. A pépesítési módszerek a reagensek típusától függően különböznek. Lehetnek savas vagy lúgosak. A savas reagensek kénsavat tartalmaznak, és alacsony gyantatartalmú fákból cellulóz előállítására használják. Kétféle lúgos reagens létezik: szóda és szulfát. A szódareagenseknek köszönhetően a cellulóz lombhullató fákból és egynyári növényekből nyerhető. De ezzel a reagenssel a cellulóz nagyon drága, ezért nátrium-reagenseket ritkán vagy egyáltalán nem használnak. A cellulóz előállításának legáltalánosabb módja a szulfát reagenseken alapuló módszer. A nátrium-szulfát az alapja a fehérlúgnak, amelyet reagensként használnak, és bármilyen növényi anyagból cellulóz előállítására alkalmas. A cellulózt és észtereit mesterséges szálak, viszkóz és acetát előállítására használják. A pépet különféle dolgok készítésére használják: papír, műanyagok, robbanószerkezetek, lakkok stb. A számunkra megismert, mindennapi életünkben mindenütt jelenlévő használati tárgyak nem képzelhetők el szerves kémiai termékek használata nélkül. Jóval Anselm Payat előtt, aminek eredményeként 1838-ban sikerült felfedeznie és leírnia azt a poliszacharidot, amely "cellulózt" kapott (a francia cellulóz és a latin cellula származéka, ami azt jelenti, hogy "sejt, sejt"). ezt az anyagot aktívan használták a leginkább pótolhatatlan dolgok előállításához. A cellulózzal kapcsolatos ismeretek bővülése a cellulózzal kapcsolatos sokféle dolog megjelenéséhez vezetett. A cellulóz előállításának és feldolgozásának termékei a különböző minőségű papírok, karton, műanyag és mesterséges viszkóz alkatrészek, réz-ammónia, polimer fóliák, zománcok és lakkok, mosószerek, élelmiszer-adalékanyagok (E460), sőt füstmentes por is. Tiszta formájában a cellulóz meglehetősen vonzó tulajdonságokkal rendelkező fehér szilárd anyag, amely nagy ellenállást mutat a különféle kémiai és fizikai hatásokkal szemben. A természet a cellulózt (rost) választotta fő építőanyagnak. A növényvilágban ez képezi a fák és más magasabb rendű növények alapját. A cellulóz legtisztább formájában a természetben a gyapotmagok szőrében található. Ennek az anyagnak az egyedi tulajdonságait eredeti szerkezete határozza meg. A cellulóz képletnek közös rekordja (C6 H10 O5) n, amelyből markáns polimer szerkezetet látunk. A nagyszámú alkalommal ismétlődő β-glükóz-maradék, amelynek kiterjedtebb formája -[C6 H7O2 (OH) 3]-, hosszú lineáris molekulává egyesül. A cellulóz molekulaképlete meghatározza egyedi kémiai tulajdonságait, hogy ellenálljon az agresszív környezet hatásainak. Ezenkívül a cellulóz nagy hőállósággal rendelkezik, még 200 Celsius fokon is, az anyag megtartja szerkezetét és nem esik össze. Az öngyulladás 420°C hőmérsékleten következik be. A cellulóz nem kevésbé vonzó fizikai tulajdonságai miatt. A cellulóz hosszú szálak formájában, amelyek 300-10 000 glükózmaradékot tartalmaznak oldalágak nélkül, nagymértékben meghatározza ennek az anyagnak a nagy stabilitását. A glükóz képlet megmutatja, hogy hány cellulózszál ad nemcsak nagy mechanikai szilárdságot, hanem nagy rugalmasságot is. Számos kémiai kísérlet és tanulmány analitikai feldolgozásának eredménye a cellulóz makromolekula modelljének megalkotása. Ez egy 2-3 elemi láncból álló merev hélix, amelyet intramolekuláris hidrogénkötések stabilizálnak. Nem a cellulóz képlete, hanem polimerizációs foka a fő jellemző számos anyagra. Tehát a kezeletlen gyapotban a glükozid-maradékok száma eléri a 2500-3000-et, a tisztított pamutban - 900-tól 1000-ig, a tisztított fapép mutatója 800-1000, a regeneratív cellulózban a számuk 200-400-ra csökken, az iparban pedig cellulóz-acetát esetében 150-től 270-ig terjed a "link" egy molekulában. A cellulózgyártás fő terméke a fa. A gyártás fő technológiai folyamata a faforgács különféle vegyszerekkel történő főzése, majd a késztermék tisztítása, szárítása és darabolása. A cellulóz utólagos feldolgozása lehetővé teszi a kívánt fizikai és kémiai tulajdonságokkal rendelkező különféle anyagok előállítását, amelyek sokféle termék előállítását teszik lehetővé, amelyek nélkül a modern ember élete nehezen képzelhető el. A cellulóz egyedülálló, kémiai és fizikai feldolgozással korrigált formulája olyan anyagok előállításának alapja lett, amelyeknek nincs analógja a természetben, ami lehetővé tette, hogy széles körben alkalmazzák őket a vegyiparban, az orvostudományban és az emberi tevékenység más ágaiban.
- metil-cellulóz(cellulóz-metil-éterek) (általános képlet).
2 - meghal,
3 - szálak.
A cellulóz fizikai tulajdonságai
A cellulóz kémiai tulajdonságai
Hogyan nyerik a cellulózt?
Cellulóz alkalmazás
kapcsolódó cikkek
